摘要：隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展和電力市場(chǎng)改革的深入，人們對(duì)電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和供電質(zhì)量的要求越來(lái)越高。變電站作為輸配電系統(tǒng)的信息源和執(zhí)行終端，要求提供的信息量和實(shí)現(xiàn)的集成控制越來(lái)越多，數(shù)字化、信息化以及信息模型化的要求越來(lái)越迫切。因此，數(shù)字化變電站將成為變電站自動(dòng)化的發(fā)展方向。本文就數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討。
　　關(guān)鍵詞：數(shù)字化，變電站，系統(tǒng)
　　
　　一、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)概述
　　變電站作為電網(wǎng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，擔(dān)負(fù)著電能輸配電的控制、管理的任務(wù)，其運(yùn)行的安全可靠性對(duì)保證整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及可靠供電具有重要的作用。具備繼電保護(hù)、監(jiān)控和遠(yuǎn)動(dòng)等功能的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(SubstationAutomationSystem，SAS)是保證上述任務(wù)完成的基礎(chǔ)。
　　 而傳統(tǒng)的SAS并不能很好地滿足這些要求，它存在如下不足：首先，信息建模缺乏統(tǒng)一的規(guī)范，IED之間相對(duì)獨(dú)立，來(lái)自不同信息采集單元的設(shè)備信息無(wú)法實(shí)現(xiàn)共享，形成了各種“信息孤島”現(xiàn)象；其次，缺乏統(tǒng)一的功能和接口規(guī)范，不同廠家的IED缺乏互操作性，進(jìn)一步導(dǎo)致系統(tǒng)的可擴(kuò)展性差；最后，系統(tǒng)可靠性受二次電纜影響，實(shí)際運(yùn)行中因二次電纜引起的保護(hù)不正確動(dòng)作率較高。因此，基于這些技術(shù)的數(shù)字化變電站系統(tǒng)(DigitalSubstationAutomationSystem，DSAS)成為變電站自動(dòng)化的發(fā)展方向已成為共識(shí)。
　　二、數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的特征
　　 數(shù)字化變電站的概念是隨著數(shù)字式過(guò)程層設(shè)備的誕生而出現(xiàn)的。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程層數(shù)字化、信息共享化的基礎(chǔ)上，數(shù)字化變電站強(qiáng)調(diào)SAS整體的信息化、統(tǒng)一模型化和站內(nèi)EID之間、變電站與控制中心之間協(xié)同操作、集成應(yīng)用的能力。未來(lái)的SAS將以輸配電系統(tǒng)的統(tǒng)一信息源和執(zhí)行終端、自動(dòng)化功能的協(xié)調(diào)和集成為目標(biāo)，從數(shù)字化的趨勢(shì)出發(fā)進(jìn)行建設(shè)。目前，數(shù)字化變電站尚未有嚴(yán)格定義，但普遍認(rèn)為它大致應(yīng)具備以下幾項(xiàng)形態(tài)特征：
　　 1.變電站層次化
　　 根據(jù)不同功能，變電站在邏輯結(jié)構(gòu)上劃分為變電站層、間隔層和過(guò)程層。變電站層的功能是利用全站的數(shù)據(jù)對(duì)全站的一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制及與遠(yuǎn)方控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。間隔層的功能是利用本間隔的數(shù)據(jù)對(duì)本間隔的一次設(shè)備進(jìn)行保護(hù)和控制。過(guò)程層的功能是實(shí)現(xiàn)所有與一次設(shè)備接口相關(guān)的功能，包括開(kāi)入/開(kāi)出、模擬量采樣等；過(guò)程層是專門針對(duì)數(shù)字式過(guò)程層設(shè)備劃分的，它分擔(dān)了常規(guī)變電站間隔層的部分功能。
　　 2.過(guò)程層設(shè)備數(shù)字化
　　 一次設(shè)備被檢測(cè)信號(hào)回路采用電子式互感器(ECT、EVT)，被控制驅(qū)動(dòng)回路采用綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISG)，運(yùn)行控制操作過(guò)程經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通信方式以信息報(bào)文的方式實(shí)現(xiàn)，常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號(hào)測(cè)量電纜和控制電纜被數(shù)字光纖所取代。
　　 3.間隔層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化
　　 間隔層設(shè)備，包括繼電保護(hù)、防誤閉鎖、測(cè)控、遠(yuǎn)動(dòng)、故障錄波、電壓無(wú)功調(diào)節(jié)、同期操作和在線監(jiān)測(cè)等裝置均基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理器設(shè)計(jì)制造；設(shè)備與過(guò)程層、變電站層和設(shè)備之間均通過(guò)高速通信網(wǎng)絡(luò)交互信息。由于過(guò)程層設(shè)備數(shù)字化，常規(guī)間隔層設(shè)備的開(kāi)入/開(kāi)出、模擬量輸入等外部接口均被通信接口所取代。
　　 4.運(yùn)行管理自動(dòng)化
　　電力生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計(jì)無(wú)紙化；信息分層、分流交換自動(dòng)化；變電站運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)能即時(shí)提供故障分析報(bào)告，指出故障原因和處理意見(jiàn)；系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)出變電站設(shè)備檢修報(bào)告，即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)?ldquo;狀態(tài)檢修”。
　　三、數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能
　　為了保證互操作的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)該對(duì)DSAS應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能達(dá)成共識(shí)。國(guó)際大電網(wǎng)委員會(huì)（CIGRE）的34.03工作組（WG34.03）在關(guān)于變電站的數(shù)據(jù)流的報(bào)告中，分析了變電站自動(dòng)化需要完成的63種功能，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)可以分為以下功能組：控制功能；監(jiān)視功能；繼電保護(hù)功能；與繼電保護(hù)有關(guān)的功能（如故障錄波、故障測(cè)距、小電流接地選線等）；測(cè)量表計(jì)功能（如三相智能式電子電費(fèi)計(jì)量等）；接口功能（如與微機(jī)五防、繼電保護(hù)、電能計(jì)量、全球定位系統(tǒng)（GPS）等IED的接口）；自動(dòng)控制功能（如有載調(diào)壓變壓器分接頭和并聯(lián)補(bǔ)償電容器的綜合控制、電力系統(tǒng)低頻減載、靜止無(wú)功補(bǔ)償器控制、配網(wǎng)系統(tǒng)故障分段隔離、非故障段恢復(fù)供電與網(wǎng)絡(luò)重組等）；遠(yuǎn)動(dòng)功能；系統(tǒng)控制功能（與主站通信，當(dāng)?shù)豐CADA等）。
　　四、數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
　　IEC61850標(biāo)準(zhǔn)基于可交換的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)定義了站級(jí)和過(guò)程層兩種總線結(jié)構(gòu)：站級(jí)總線將所有間隔集合到站級(jí)監(jiān)控管理層，并且在相互之間傳遞主要的控制信息，例如測(cè)量，聯(lián)閉鎖等(典型應(yīng)用包括MMS站級(jí)到間隔級(jí)的信息交換和GOOSE間隔級(jí)之間的信息交換)；過(guò)程層總線連接間隔層和過(guò)程層IED設(shè)備，并傳輸用于保護(hù)裝置的實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)(SV)。
　　由于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)并未規(guī)定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌�因此無(wú)論是樹型網(wǎng)、星型網(wǎng)或者環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)都是適用的，甚至站級(jí)總線和過(guò)程層總線都可以使用同一物理網(wǎng)絡(luò)。作為站級(jí)總線，在大型變電站系統(tǒng)中，對(duì)于各個(gè)不同的電壓等級(jí)一般采用環(huán)網(wǎng)加交換機(jī)形式，用于連接所有的主保護(hù)設(shè)備、后備保護(hù)和控制設(shè)備。在大型變電站系統(tǒng)中，各電壓等級(jí)的環(huán)網(wǎng)通過(guò)樹型結(jié)構(gòu)連接到站級(jí)總線當(dāng)中，從而使站級(jí)總線呈現(xiàn)出一種混合的樹型和環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。站級(jí)總線和過(guò)程總線對(duì)于時(shí)間的要求是有嚴(yán)格區(qū)別的，它決定了冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同應(yīng)用方式。當(dāng)在站級(jí)總線上僅僅傳輸控制命令的時(shí)候，它可以容許100ms的網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)，當(dāng)傳輸互聯(lián)、跳閘及反向閉鎖信號(hào)時(shí)，它們要求網(wǎng)絡(luò)的傳輸延時(shí)不能超過(guò)2ms。然而最糟糕的情況已經(jīng)實(shí)際出現(xiàn)過(guò)，在極端情況下，當(dāng)控制命令序列執(zhí)行時(shí)，它要求網(wǎng)絡(luò)延時(shí)不能超過(guò)0ms。過(guò)程總線由于要傳輸實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)，無(wú)論在正常或極端情況下，它要求的網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)不能超過(guò)4ms。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù).北京:中國(guó)電力出版社,2008.
　　[2]徐立子.變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的分析和實(shí)施.電網(wǎng)技術(shù),2000,24(05):25-29.